液磷供应系统及保持液磷稳定供应的方法
阅读说明：本技术 液磷供应系统及保持液磷稳定供应的方法 (Liquid phosphorus supply system and method for keeping stable supply of liquid phosphorus ) 是由 聂治平 胡育红 葛昌志 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种液磷供应系统及保持液磷稳定供应的方法,包括：熔磷槽、输送管线、用于输送蒸汽的保温管、蒸汽主管、蒸汽盘管、电加热装置和抽液泵,熔磷槽的出料口连通输送管线的进料口,输送管线外套设保温管,输送管和保温管之间设置保温夹层,保温夹层固定于输送管线外壁上,保温夹层内填充相变材料,相变材料的相变温度位于磷熔点和水蒸气温度之间；蒸汽盘管和加热装置分别位于熔磷槽内,蒸汽盘管和保温管分别与蒸汽主管连通；抽液泵设置于输送管线上,用于泵送液磷。基于本发明的液磷供应系统,在蒸汽系统发生故障时,可保障液磷的持续供应,保障下游生产的稳定性。(The invention relates to a liquid phosphorus supply system and a method for keeping stable supply of liquid phosphorus, comprising the following steps: the device comprises a phosphorus melting tank, a conveying pipeline, a heat insulation pipe for conveying steam, a steam main pipe, a steam coil, an electric heating device and a liquid pump, wherein a discharge port of the phosphorus melting tank is communicated with a feed port of the conveying pipeline; the steam coil pipe and the heating device are respectively positioned in the phosphorus melting tank, and the steam coil pipe and the heat preservation pipe are respectively communicated with the steam main pipe; the liquid pump is arranged on the conveying line and used for pumping liquid phosphorus. According to the liquid phosphorus supply system disclosed by the invention, when the steam system breaks down, the continuous supply of liquid phosphorus can be ensured, and the stability of downstream production can be ensured.)
技术领域
本发明属于以黄磷为原料的磷化工生产技术领域，具体涉及液磷供应系统及保持液磷稳定供应的方法。
背景技术
黄磷是一种重要的工业原料，无色至黄色蜡状固体，有蒜臭味，在暗处发淡绿色磷光。熔点44.1℃，沸点280.5℃，性质不稳定，易燃，接触空气能自燃并引起燃烧和爆炸。在化工领域中，黄磷作为一种重要的化工基础原料，是生产五氧化二磷、磷酸、多聚磷酸、聚磷酸盐、草铵膦、磷酸三乙酯等的重要原料。比如，传统的热法磷酸工艺是：以黄磷产品为原料，黄磷与空气氧化反应生成五氧化二磷气体，用水吸收得热法磷酸产品。黄磷作为原料的使用和供应方法是将黄磷直接熔化用泵直接输送黄磷进入下一工序，目前世界上原料液磷供应，基本上还是采用泵直接抽吸液磷送入下工序的情况，传统化工生产中，为了熔化固态黄磷，并确保黄磷处于液相流动状态，需要设置一个专用的燃煤锅炉为熔磷槽及供磷设备、管线等提供所需的热源，黄磷作为熔融管道中主要的液态物质，其熔点在44℃左右，为了防止熔融态黄磷在管道内凝固使管道堵塞，目前一般采取在熔融池之后的熔融管道外部使用蒸汽管道包裹，对熔融管道进行温度保护，但是如果当蒸汽系统发生故障后熔融管道内则会很快发生黄磷固化，固化后管道压力剧增，这种供应方式很容易出现管道破裂，造成磷泄漏，液磷泄漏在空气中很快产生自燃，导致安全事故频发，同时在泵进行检修时，由于残留磷的存在，与空气接触发生自燃经常出现检修人员被烧伤和设备损失加大难修复的安全事故，后续检修造成液磷停止供应，从而造成下游原料断料、生产系统不稳定、产品质量差、能量消耗高等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题为：提供一种液磷供应系统及保持液磷稳定供应的方法，用以解决现有技术中蒸汽供应出现故障造成的液磷供应不稳定，导致下游原料断料、生产系统不稳定、产品质量差、能量消耗高等问题。
本发明提供的具体解决方案如下：
基于本发明的液磷供应系统，包括：熔磷槽、输送管线、用于输送蒸汽的保温管、蒸汽主管、蒸汽盘管、电加热装置和抽液泵，所述熔磷槽的出料口连通所述输送管线的进料口，所述输送管线外套设所述保温管，所述输送管和所述保温管之间设置保温夹层，所述保温夹层固定于所述输送管线外壁上，所述保温夹层内填充相变材料，所述相变材料的相变温度位于所述磷熔点和水蒸气温度之间；所述蒸汽盘管和所述加热装置分别位于所述熔磷槽内，所述蒸汽盘管和所述保温管分别与所述蒸汽主管连通；所述抽液泵设置于所述输送管线上，用于泵送液磷。
基于本发明的液磷供应系统，在熔磷槽出料口至喷雾装置的输送管线外壁上包裹含有相变材料层的保温夹层，相变材料外侧为蒸汽氛围，内层为输送管线，当蒸汽系统正常运行时，蒸汽主管持续为保温管输送蒸汽，使输送管线内的黄磷保持熔融状态，当蒸汽系统发生故障无法正常供应蒸汽时，输送管线温度逐渐降低，当温度低于相变材料层的相变温度后，相变材料由液态转变为固态并放出热量，为输送管线持续提供温度保护，为蒸汽系统检修争取时间，避免黄磷固化堵塞管道，减少设备损耗和安全事故，保障下游液磷的持续供应，当蒸汽系统恢复后，相变材料从蒸汽中吸收热量，并从固态转变为液态，并为下次使用存储热量；当蒸汽主管无法正常供应蒸汽时，熔磷槽内的温度也会降低，此时可开启电加热装置为熔磷槽进行供热，保障输送管线液磷的供应。由此，在正常状态下使用可循环利用的蒸汽系统为熔磷槽和输送管线进行供热，在蒸汽出现故障时，采用电加热装置进行供热，从而保障下游液磷的持续供应，保障生产的稳定性，当蒸汽系统恢复正常后，再次利用蒸汽主管为熔磷槽和输送管线进行供热。
在上述方案的基础上，本发明还可以进行如下改进：
进一步，所述相变材料的相变温度为55～90℃。
相变材料想变温度为50～90℃可满足为输送管线持续提供温度保护。
进一步，所述相变材料选自Fe(NO3)2·6H2O、Na3PO4·12H2O、Na2P2O7·10H2O、Mg(NO3)2·6H2O、MgCl2·6H2O、Al(NO3)2·9H2O、Na2SO4·10H2O或Na2HPO4·12H2O中的任意一种或几种组合。
无机水合盐类相变材料由于其价格低廉，潜热储存能力高，热导率高等优点被广泛应用，上述相变材料层的温度均高于磷的熔点，低于蒸汽温度，原料易购，价格便宜，可用作储热相变材料满足储热需求。
进一步，所述相变材料为Fe(NO3)2·6H2O、Na2P2O7·10H2O69和Mg(NO3)2·6H2O的复合相变材料。
现有技术中采用的单一的无机水合盐相变材料，存在普遍过冷和相分离现象，上述复合相变材料通过调节各组分比例不仅可以实现60-70℃相变温度调节，且具有较大的相变潜热、热稳定性和融合度。
基于本发明的液磷供应系统，所述相变材料还包括5％-30％的脂肪酸。
尽管近年来国内外相关学者对相变材料进行了大量的系统性的研究，有些相变材料还实现了商业化，但在储热性能和持久性等方面仍然存在较大的问题。如相变材料经过多次冷热循环之后，混合物就会发生过冷和相分离现象，使材料的储热性能降低，因此，开发具有性能稳定、相变潜热大的相变材料具有重要意义。
现有技术中采用的单一的无机水合盐相变材料，存在普遍过冷和相分离现象，而单一的有机相变材料其相变潜热小，并且根据不同的相变温度选择不同的相变材料，繁琐度高，使用的相变材料价格昂贵，基于本发明的相变材料，采用上述无机材料或无机材料的组合与脂肪酸进行复合，可得到融合度高、相变温度可调，且价格低廉易得的复合相变材料，满足实际需求。
进一步，所述脂肪酸选自硬脂酸、癸酸、月桂酸或棕榈酸中的一种或几种。
由此，基于上述组合可得到相变温度在62-68℃的复合相变材料，且相变潜热大、导热性能好。
在实际应用中，上述选用的硬脂酸也可以为其他脂肪酸。本发明实施例的复合相变材料并不局限上述的硬脂酸，其他任何与硬脂酸性质相似的脂肪酸都在本发明实施例的保护范围中。
进一步，还包括若干阀门和温度传感器，所述保温管与所述蒸汽主管之间设置各所述阀门，所述熔磷槽内以及所述输送管线内分别设置若干所述温度传感器。
通过各温度传感器上的温度读数可实时监控熔磷槽和输送管线内的温度，尤其是在蒸汽系统发生故障时，保温管内的蒸汽温度和蒸汽主管内的温度均降低，在保温管内的温度达到相变材料温度之前，关闭保温管和所述蒸汽主管之间的各阀门，避免保温管的热量向所述蒸汽主管之间传递，使得相变材料层释放的热量尽可能用于输送管内的磷加热，防止其凝固堵塞输送管，从而造成设备损坏、事故发生或无法正常输送液磷。
进一步，所述输送管线包括沿液磷输送方向依次设置的若干输送管，所述保温管包括若干套管，各所述输送管外分别套设一个所述套管，各所述套管之间连通，各所述套管分别与蒸汽主管连通，各所述套管和所述蒸汽主管分别设置若干所述电磁阀，各所述输送管上分别设置所述保温夹层。
在熔磷槽的出料口至抽液泵的进料口之间，抽液泵的出料口至喷雾装置之间及其它必要输送点之间均设置输送管，而各输送管均需要周围包裹一层相变材料层，从而为输送管持续提供温度保护，为蒸汽系统检修争取时；而各套管之间彼此连通，使得各套管之间部分热量相互传递，各套管之间的温度趋于一致，使输送管和液磷受热均匀。
进一步，还包括控制装置，各所述阀门为电磁阀，各所述温度传感器、各所述电磁阀和所述电加热装置分别与所述控制装置电连接；所述熔磷槽内的温度传感器对熔磷槽内液磷的温度进行监测并将其发送给控制装置，所述输送管线内的温度传感器对输送管线内液磷温度进行监测并将其发送给控制装置；当所述熔磷槽内的温度降到预设的第一阈值时，控制装置控制所述电加热装置开启并将熔磷槽内的温度维持在第一温度以上，所述输送管线内的温度降到相变材料的相变温度时，相变材料释放热量为输送管内的液磷进行供热，所述输送管线内的温度降到第二阈值时，控制装置控制所述电加热装置提高加热功率并控制所述熔磷槽内的温度维持在第二温度以上；所述相变温度高于所述第二阈值且低于所述第二温度，所述第一温度高于所述第一阈值且低于所述第二温度。
基于本发明的液磷供应系统，通过熔磷槽内的温度传感器对熔磷槽内液磷的温度进行监测并将其发送给控制装置，通过输送管线内的温度传感器对输送管线内液磷温度进行监测并将其发送给控制装置，然后通过控制装置自动控制电加热装置的启动和加热功率，从而为保障下游生产系统液磷的稳定供应。具体的，在蒸汽系统发生故障后，采用电加热装置为熔磷槽供热，使用相变材料代替蒸汽为输送管线供热，保障故障发生后的短时间内液磷的正常供应，保障生产效率，当故障持续时间较长时，提高电加热装置的功率，使电加热装置为熔磷槽和熔磷管道持续供热，同时使用相变材料减小输送管线内液磷温度的浮动，保障长时间内液磷正常供应。
本发明提供了一种保持液磷稳定供应的方法，使用如上所述的液磷供应系统为下游生产系统输送液磷，具体包括如下步骤：
将黄磷固体加入熔磷槽熔化，使用蒸汽盘管对液磷进行持续供热；
开启抽液泵向下游生产系统输送液磷；
当蒸汽系统出现故障，无法向蒸汽盘管内正常输送蒸汽时，开启电加热装置为熔磷槽内的液磷进行供热，当所述输送管线内的温度降到相变材料的相变温度时，相变材料释放热量为输送管线内的液磷进行供热，从而保障液磷的持续供应，保障生产的稳定性，当蒸汽系统恢复正常后，再次利用蒸汽为熔磷槽和输送管线进行供热。
具体的，将黄磷固体加入所述熔磷槽熔化之前，先向所述熔磷槽内加入水，然后向所述蒸汽盘管内通入蒸汽，使所述蒸汽盘管对所述熔磷槽内的水进行加热，然后再将黄磷固体加入所述熔磷槽。
黄磷的熔点为44℃，密度大于水，因此可将黄磷熔融、保存、浸没在水下，然后继续利用带蒸汽加热盘管对熔磷槽内液磷进行持续供热，使其能够正常泵送。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为基于本发明实施例的流程图。
附图1中，各标号所代表的部件名称如下：
1、熔磷槽；11、出料口；
2、输送管线；
3、保温管；
4、保温夹层；
5、蒸汽盘管；
6、蒸汽主管；
7、阀门；
8、电加热装置；
9、温度传感器；
10、抽液泵。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合图1并参考具体实施例描述本发明。
基于本发明的液磷供应系统，包括：熔磷槽1、输送管线2、用于输送蒸汽的保温管3、蒸汽主管6、蒸汽盘管5、电加热装置8和抽液泵10，所述熔磷槽1的出料口连通所述输送管线的进料口，所述输送管线外套设所述保温管，所述输送管和所述保温管之间设置保温夹层，所述保温夹层固定于所述输送管线外壁上，所述保温夹层4内填充相变材料，所述相变材料的相变温度位于所述磷熔点和水蒸气温度之间；所述蒸汽盘管5和所述加热装置8分别位于所述熔磷槽1内，所述蒸汽盘管5和所述保温管分别与所述蒸汽主管6连通；所述抽液泵设置于所述输送管线上，用于泵送液磷。在正常状态下使用可循环利用的蒸汽系统为熔磷槽和输送管线进行供热，在蒸汽出现故障时，通过相变材料为输送管线持续提供温度保护，采用电加热装置进行供热，从而保障下游液磷的持续供应，保障生产的稳定性，当蒸汽系统恢复正常后，再次利用蒸汽主管为熔磷槽和输送管线进行供热。
基于本发明的液磷供应系统，所述相变材料的相变温度为55～90℃。
相变材料想变温度为50～90℃可满足为输送管线持续提供温度保护。
基于本发明的液磷供应系统，所述相变材料选自Fe(NO3)2·6H2O、Na3PO4·12H2O、Na2P2O7·10H2O、Mg(NO3)2·6H2O、MgCl2·6H2O、Al(NO3)2·9H2O、Na2SO4·10H2O或Na2HPO4·12H2O中的任意一种或几种组合。
无机水合盐类相变材料由于其价格低廉，潜热储存能力的容积高，高的热导率等优点被广泛应用，上述相变材料层的温度均高于磷的熔点，低于蒸汽温度，原料易购，价格便宜，可用作储热相变材料满足储热需求。
基于本发明的液磷供应系统，所述相变材料为Fe(NO3)2·6H2O、Na2P2O7·10H2O69和Mg(NO3)2·6H2O的复合相变材料。
现有技术中采用的单一的无机水合盐相变材料，存在普遍过冷和相分离现象，上述复合相变材料通过调节各组分比例不仅可以实现60-70℃相变温度调节，且具有较大的相变潜热、热稳定性和融合度。
本发明实施例的复合相变材料并不局限上述复合相变材料，其他任何与复合相变材料相似的复合相变材料都在本发明实施例的保护范围中。
基于本发明的液磷供应系统，所述相变材料还包括5％-30％的脂肪酸。
进一步，所述脂肪酸选自硬脂酸、癸酸、月桂酸或棕榈酸中的一种或几种。基于上述组合可得到相变温度在62-68℃的复合材料，且相变潜热大、导热性能好。
在实际应用中，上述选用的硬脂酸也可以为其他脂肪酸。本发明实施例的复合相变材料并不局限上述的硬脂酸，其他任何与硬脂酸性质相似的脂肪酸都在本发明实施例的保护范围中。
尽管近年来国内外相关学者对相变材料进行了大量的系统性的研究，有些相变材料还实现了商业化，但在储热性能和持久性等方面仍然存在较大的问题。如相变材料经过多次冷热循环之后，混合物就会发生过冷和相分离现象，使材料的储热性能降低，因此，开发具有性能稳定、相变潜热大的相变材料具有重要意义。现有技术中采用的单一的无机水合盐相变材料，存在普遍过冷和相分离现象，而单一的有机相变材料其相变潜热小，并且根据不同的相变温度选择不同的相变材料，繁琐度高，使用的相变材料价格昂贵，基于本发明的相变材料，采用上述无机材料或无机材料的组合与脂肪酸进行复合，可得到融合度高、相变温度可调，且价格低廉易得的复合相变材料，满足实际需求。
基于本发明的液磷供应系统，所述脂肪酸选自硬脂酸、癸酸、月桂酸或棕榈酸中的一种或几种。
基于本发明的液磷供应系统，还包括若干阀门和温度传感器，所述保温管与所述蒸汽主管6之间设置各所述阀门7，所述熔磷槽1内以及所述输送管线2内分别设置若干所述温度传感器9。
通过各温度传感器上的温度读数可实时监控熔磷槽和输送管线内的温度，尤其是在蒸汽系统发生故障时保温管内的蒸汽温度和蒸汽主管内的温度均降低，在保温管内的温度达到相变材料温度之前，关闭保温管和所述蒸汽主管之间的各阀门，避免保温管的热量向所述蒸汽主管之间传递，使得相变材料层释放的热量尽可能用于输送管内的磷加热，防止其凝固堵塞输送管，从而造成设备损坏、事故发生或无法正常输送液磷。
具体的，所述蒸汽盘管5串联于所述蒸汽主管6上，各所述保温管分别通过支管并联于所述蒸汽主管6上，各所述阀门7分别设置于各所述支管8上。
基于本发明的液磷供应系统，其特征在于，所述输送管线2包括沿液磷输送方向依次设置的若干输送管，所述保温管包括若干套管，各所述输送管外分别套设一个所述套管，各所述套管之间连通，各所述套管分别与蒸汽主管6连通，各所述套管和所述蒸汽主管分别设置若干所述电磁阀，各所述输送管上分别设置所述保温夹层。
在熔磷槽的出料口至抽液泵的进料口之间，抽液泵的出料口至喷雾装置之间及其它必要输送点之间均设置输送管，而各输送管均需要周围包裹一层相变材料层，从而为输送管持续提供温度保护，为蒸汽系统检修争取时间，而各套管之间彼此连通，使得各套管之间部分热量相互传递，各套管之间的温度趋于一致，使输送管和液磷受热均匀。
基于本发明的液磷供应系统，还包括控制装置，各所述阀门7为电磁阀，各所述温度传感器9、各所述电磁阀和所述电加热装置8分别与所述控制装置电连接；所述熔磷槽1内的温度传感器对熔磷槽1内液磷的温度进行监测并将其发送给控制装置，所述输送管线内的温度传感器对输送管线内液磷温度进行监测并将其发送给控制装置；当所述熔磷槽1内的温度降到预设的第一阈值时，控制装置控制所述电加热装置开启并将熔磷槽1内的温度维持在第一温度以上，所述输送管线内的温度降到相变材料的相变温度时，相变材料释放热量为输送管内的液磷进行供热，所述输送管线内的温度降到第二阈值时，控制装置控制所述电加热装置提高加热功率并控制所述熔磷槽内的温度维持在第二温度以上；所述相变温度高于所述第二阈值且低于所述第二温度，所述第一温度高于所述第一阈值且低于所述第二温度。
通过熔磷槽1内的温度传感器对熔磷槽1内液磷的温度进行监测并将其发送给控制装置，通过输送管线内的温度传感器对输送管线内液磷温度进行监测并将其发送给控制装置，然后通过控制装置实现电加热装置的加热和功率控制，从而为保障下游生产系统的液磷的供应以及温度的稳定。
优选的，所述加热装置包括若干加热板，各所述加热板板均匀分布于所述熔磷槽内，保障加热槽内液磷加热的均匀性，各所述加热板内分别设置加热丝。
使用上述液磷供应系统保持液磷稳定供应的方法，具体步骤如下：当蒸汽系统出现故障，无法向所述蒸汽盘管内正常输送蒸汽时，所述熔磷槽1内和输送管线2内的温度逐渐降低，所述熔磷槽1内的温度降到控制装置内预设的第一阈值温度时，控制装置控制所述电加热装置开启，并控制熔磷槽1内的温度维持在第一温度，所述输送管线内的温度降到相变材料的相变温度时，相变材料释放热量为输送管内的液磷进行供热，所述输送管线内的温度降到第二阈值温度时，控制装置控制所述电加热装置提高加热功率并控制所述熔磷槽内的温度维持在第二温度；所述相变温度高于所述第二阈值温度且低于所述第二温度；所述第一温度高于所述第一阈值温度且低于所述第二温度。
具体的一个实施例，正常状态下，熔磷槽内的熔磷温度为：60℃～90℃，相变材料的相变温度为68℃，控制蒸汽主管温度使液磷输送温度输送管线内液磷温度为70±5℃进行输送。当蒸汽系统出现故障时，通过熔磷槽1内的温度传感器对熔磷槽1内液磷的温度进行监测并将其发送给控制装置，通过输送管线内的温度传感器对输送管线内液磷温度进行监测并将其发送给控制装置；由于蒸汽系统故障，所述熔磷槽1内的温度降到预设的第一阈值60℃时，控制装置控制所述电加热装置开启并将熔磷槽1内的温度维持在第一温度70℃以上，所述输送管线内的温度降到相变材料的相变温度68℃时，相变材料释放热量为输送管内的液磷进行供热，所述输送管线内的温度降到第二阈值67℃时，控制装置控制所述电加热装置提高加热功率并控制所述熔磷槽内的温度维持在第二温度75℃以上，从而控制输送管线内的液磷温度为70±5℃。
基于本发明的液磷供应系统，可在蒸汽系统发生故障为输送管线持续提供温度保护，防止黄磷固化堵塞管道，为蒸汽系统检修争取时间；采用电加热装置为熔磷槽供热，使用相变材料代替蒸汽为输送管线供热，可保障故障发生后的短时间内液磷的正常供应，保障生产效率，当故障持续时间较长时，提高电加热装置的功率，使电加热装置为熔磷槽和熔磷管道持续供热，且同时使用相变材料减小液磷温度的浮动，保障长时间内液磷正常供应。
基本发明的保持液磷稳定供应的方法，具体包括如下步骤：
将黄磷固体加入熔磷槽1熔化，使用蒸汽盘管5对液磷进行持续供热；
开启抽液泵10向下游生产系统输送液磷；
当蒸汽系统出现故障，无法向蒸汽盘管5内正常输送蒸汽时，开启电加热装置8为熔磷槽1内的液磷进行供热，当所述输送管线2内的温度降到相变材料的相变温度时，相变材料释放热量为输送管线2内的液磷进行供热，从而保障液磷的持续供应，保障生产的稳定性，当蒸汽系统恢复正常后，再次利用蒸汽为熔磷槽和输送管线进行供热。
基本发明的保持液磷稳定供应的方法，将黄磷固体加入所述熔磷槽熔1化之前，先向所述熔磷槽1内加入水，然后向所述蒸汽盘管5内通入蒸汽，使所述蒸汽盘管对所述熔磷槽1内的水进行加热，然后再将黄磷固体加入所述熔磷槽1。
尽管上面已经详细描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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